[论文解读] Differences between the current solar minimum and earlier minima

Sarbani Basu, A.-M. Broomhall+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 22, 2010

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 1被引用 4

一句话总结

本研究利用伯明翰太阳振荡网络（BiSON）和SOHO/MDI的长期日震数据，调查太阳在太阳活动周极小期的结构差异。研究发现，在当前（第24周期）极小期，0.98 R⊙以下区域的声速出现具有统计学意义的局部降低，与第23周期相比，表明太阳活动减弱导致了更深层的内部变化，且在数据重处理后，也显示出与第22周期相似的趋势。

ABSTRACT

The Birmingham Solar-Oscillations Network (BiSON) has collected helioseismic data over three solar cycles. We use these data to determine how the internal properties of the Sun during this minimum differ from the previous two minima. The cycle 24 data show oscillatory differences with respect to the other two sets, indicating relatively localized changes in the solar interior. Analysis of MDI data from Cycle 23 and Cycle 24 also show significant signs of differences.

研究动机与目标

• 确定当前太阳极小期（第24周期）与以往极小期（第22和23周期）相比，太阳内部结构是否存在差异。
• 评估第24周期极小期异常平静（10.7厘米射电流量较低）是否与太阳内部可测量的变化相关。
• 利用长基线日震数据探测太阳内部结构变化，特别是对流层上方区域以下的结构变化。
• 检验氦II电离区和对流层底部的变化是否可在不同太阳极小期中被探测到。

提出的方法

• 分析了覆盖三个太阳周期的BiSON一年期日震数据集，重点关注第22、23和24周期极小期的低度数（ℓ=0–3）模态频率。
• 计算成对频率差并应用四阶多项式减法，以分离深层结构信号，滤除近地表贡献。
• 将BiSON频率差与两个太阳模型（BP04和BSB(GS98)）的频率差进行比较，以识别内部不连续性（如氦II电离区）的特征。
• 利用频率的二阶差分放大来自陡峭结构特征的振荡信号，特别是氦II电离区和对流层底部。
• 使用正则化最小二乘法（RLS）和SOLA反演方法，对第23周期与第24周期MDI频率差进行反演，以重建声速变化。
• 利用误差估计评估差异的统计显著性，并在多种反演技术之间进行结果对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 与第23周期极小期相比，第24周期极小期太阳内部的声速结构是否存在差异？
• RQ2 在太阳极小期之间，氦II电离区振荡信号的声学深度或振幅是否存在可探测的变化？
• RQ3 来自未分辨、长基线观测的日震数据能否探测到太阳活动水平较低时期太阳内部的结构变化？
• RQ4 BiSON数据中观测到的结构变化与全盘MDI数据推断出的变化相比如何？

主要发现

• 基于MDI反演结果，太阳内部0.98 R⊙以下区域的声速在第24周期极小期显著低于第23周期极小期。
• 氦II电离区的声学深度在第23周期为690.2 ± 5.6秒，在第24周期为693 ± 5.5秒，表明第24周期声速略有降低，但统计上不显著。
• 氦II电离区振荡信号的振幅在第24周期为0.743 ± 0.020 μHz，在第22周期为0.723 ± 0.040 μHz，表明第24周期振幅更高，与活动水平降低一致。
• 对流层底部信号在第23周期和第24周期之间无统计显著差异，振幅分别为0.283 ± 0.042 μHz和0.287 ± 0.042 μHz。
• BiSON数据显示出一种小幅度、非随机的频率差模式，具有周期性，表明深层区域（特别是第二氦电离区以下）存在结构变化。
• MDI反演结果经RLS与SOLA方法一致性验证，确认在0.98 R⊙至太阳中心区域声速差异具有统计显著性，但在最外层10%区域因模态分辨率有限而无法确认。